涡轮钻具叶片设计及CFD分析
涡轮钻具和螺杆钻具为主体的井下动力钻具,作为20世纪80年代石油工程进步的三大技术之一,得到了长足的发展。涡轮叶片作为决定涡轮性能的重要部分,它的造型设计是非常重要的环节。
以前对涡轮叶片的造型,有很长一段时间都是使用徒手绘制的,费时又费力。本文使用Bezier曲线法来进行叶片的造型,因为这种曲线较一般的方程描述要简单方便,只要给出控制顶点就能确定曲线的形状。
这种方法做出的曲线不仅能够满足线型要求,而且曲率变化连续,能够按照实际要求来建立数学模型。通过Bezier曲线法的造型方法,经过Matlab软件中进行编程使之实现参数化,即可以通过改变参数来获得不同形状和性能的叶片。
为了使设计涡轮叶片时,方便参数的输入与修改,本文将叶片曲线的生成程序设计成一个简单的图像用户界面,从而不用在修改参数时打开复杂的M程序,本文使用了Matlab中的GUI功能进行了用户界面的设计。另外,涡轮叶片的性能和效率主要取决于叶片的外形,设计出的叶片合理与否就需要对其进行分析,以前传统的分析费时费力,本文采用ANSYS中的FLOTRAN CFD模块来进行分析,可以提高设计效率。
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